package 加密与安全;
import java.math.BigInteger;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.KeyFactory;
import java.security.KeyPair;
import java.security.KeyPairGenerator;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.PrivateKey;
import java.security.PublicKey;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;

//import java.security.*;
import java.security.spec.X509EncodedKeySpec;
import java.security.spec.PKCS8EncodedKeySpec;
//import java.util.Base64;
import java.util.Map;
import java.util.HashMap;
import java.util.Objects;

import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.KeyAgreement;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPublicKey;
import javax.crypto.interfaces.DHPrivateKey;
import javax.crypto.spec.DHParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;
import org.apache.commons.codec.binary.Hex;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
/*
在不安全的信道上安全地传输密钥？要解决这个问题，密钥交换算法即DH算法：Diffie-Hellman算法应运而生。
密钥交换算法即DH算法：以Whitfield Diffie和Martin Hellman的名字命名。

DH算法解决了密钥在双方不直接传递密钥的情况下完成密钥交换，这个神奇的交换原理完全由数学理论支持。
DH算法交换密钥的步骤。假设甲乙双方需要传递密钥，他们之间可以这么做：

 1. 甲首先选择一个素数p，例如97，底数g是p的一个原根，例如5，随机数a，例如123，然后计算A=g^a mod p，结果是34，然后，
    甲发送p＝97，g=5，A=34给乙；
 2. 乙方收到后，也选择一个随机数b，例如，456，然后计算B = g^b mod p，结果是75，乙再同时计算s = A^b mod p，结果是22；
 3. 乙把计算的B=75发给甲，甲计算s ＝ B^a mod p，计算结果与乙算出的结果一样，都是22。
所以最终双方协商出的密钥s是22。注意到这个密钥s并没有在网络上传输。而通过网络传输的p，g，A和B是无法推算出s的，因为实际算法选择的素数是
非常大的。
所以最终双方协商出的密钥s是22。注意到这个密钥s并没有在网络上传输。而通过网络传输的p，g，A和B是无法推算出s的，因为实际算法选择的素数是非常大的。

所以，更确切地说，DH算法是一个密钥协商算法，双方最终协商出一个共同的密钥，而这个密钥不会通过网络传输。

如果我们把a看成甲的私钥，A看成甲的公钥，b看成乙的私钥，B看成乙的公钥，DH算法的本质就是双方各自生成自己的私钥和公钥，私钥仅对自己可见，然后交换公钥，并根据自己的
私钥和对方的公钥，生成最终的密钥secretKey，DH算法通过数学定律保证了双方各自计算出的secretKey是相同的。
*/
/*
public class 密钥交换算法 {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		var p=new BigInteger("97");
		var g=new BigInteger("5");
		int a=123;//甲的私钥
		int b=456;//乙的私钥
		
		var Aa=g.pow(a).mod(p);//g的a次方再对p取余-->生成甲的公钥 将Aa连同g,p 发给乙方
		System.out.println(" A = "+Aa);
		
		var Bb=g.pow(b).mod(p);//g的b次方再对p取余-->生成乙的公钥 将Bb 发给甲方
		System.out.println(" B = "+Bb);
		
		//双方根据对方发来的公钥，生成密钥 乙方根据甲方发来的Aa,生成Kb.甲方根据乙方发来的Bb，生成Ka. 则Ka=Kb
		var Kb = Aa.pow(b).mod(p);//乙方根据甲方的公钥(Aa)和自己的私钥(b)生成密钥Kb
		System.out.println(" Kb = "+Kb);//22
		
		var Ka = Bb.pow(a).mod(p);//甲方根据乙方的公钥(Bb)和自己的私钥(a)生成密钥Ka
		System.out.println(" Ka = "+Ka);//22
		
		assertEquals(Ka, Kb);//Ka=Kb
	}
}
*/

//使用Java实现DH算法的代码如下：
/*
public class 密钥交换算法 {
    public static void main(String[] args) {
   	 System.out.println("密钥交换算法");
        // Bob（发送方）和Alice（接收方）:
        Person 甲方 = new Person("甲方");
        Person 乙方 = new Person("乙方");

        // 各自生成KeyPair:
        甲方.generateLocalKeyPair();//生成bob(甲)的a和Aa,相当于甲的私钥和公钥
        乙方.generateLocalKeyPair();//生成alice(乙)的b和Bb，,相当于乙的私钥和公钥

        // 双方交换各自的PublicKey:
        //甲：Bob根据乙：Alice的PublicKey生成自己的本地密钥:
        甲方.generateSecretKey(乙方.publicKey.getEncoded());//Bob使用Bb生成Ka
        // Alice根据Bob的PublicKey生成自己的本地密钥:
        乙方.generateSecretKey(甲方.publicKey.getEncoded());//alice使用Aa生成Kb

        // 检查双方的本地密钥是否相同:
        甲方.printKeys();
        乙方.printKeys();
        // 双方的SecretKey相同，后续通信将使用SecretKey作为密钥进行AES加解密...
    }
}

class Person {
    public final String name;

    public PublicKey publicKey;
    private PrivateKey privateKey;
    private byte[] secretKey;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    // 生成本地KeyPair:
    public void generateLocalKeyPair() {
        try {    	  
            KeyPairGenerator kpGen = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
            kpGen.initialize(512);
            KeyPair kp = kpGen.generateKeyPair();
            this.privateKey = (DHPrivateKey)kp.getPrivate();//生成私钥：a或b
            this.publicKey = (DHPublicKey)kp.getPublic();//生成公钥Aa或Bb
            System.out.println(new BigInteger(1, this.privateKey.getEncoded()));
            System.out.println(new BigInteger(1, this.publicKey.getEncoded()));
        } catch (GeneralSecurityException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public void generateSecretKey(byte[] receivedPubKeyBytes) {//receivedPubKeyBytes为Aa或Bb
        try {
      	  //X.509 是一种常用的证书格式，用于将公钥与身份信息相关联。X509EncodedKeySpec 可用于将X.509证书中的公钥转
      	  //换为 Java 密钥对象(即 java.security.PublicKey 类型的对象)。
            // 从byte[]恢复PublicKey:
            X509EncodedKeySpec keySpec = new X509EncodedKeySpec(receivedPubKeyBytes);
            KeyFactory kf = KeyFactory.getInstance("DH");
            PublicKey receivedPublicKey = kf.generatePublic(keySpec);//Aa或Bb
            // 生成本地密钥Ka、Kb:
            KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
            keyAgreement.init(this.privateKey); // 自己的PrivateKey，即a或b
            keyAgreement.doPhase(receivedPublicKey, true); // 对方的PublicKey
            // 生成SecretKey密钥:
            this.secretKey = keyAgreement.generateSecret();//Ka或Kb,即通过B生成Ka,通过A生成Kb  Ka=Kb
            //System.out.printf("user: %s\nSecret key: %x\n",this.name,new BigInteger(1, this.secretKey));
        } catch (GeneralSecurityException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public void printKeys() {
        System.out.printf("Name: %s\n", this.name);
        System.out.printf("Private key: %x\n", new BigInteger(1, this.privateKey.getEncoded()));
        System.out.printf("Public key: %x\n", new BigInteger(1, this.publicKey.getEncoded()));
        System.out.printf("Secret key: %x\n", new BigInteger(1, this.secretKey));
    }
}
*/
//但是DH算法并未解决中间人攻击，即甲乙双方并不能确保与自己通信的是否真的是对方。消除中间人攻击需要其他方法。

public class 密钥交换算法 {
    //非对称加密密钥算法
    private static final String KEY_ALGORITHM = "DH";
    //本地密钥算法，即对称加密密钥算法，可选DES、DESede或者AES
    private static final String SELECT_ALGORITHM = "AES";
    //默认的加密算法
    private static final String DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM = "AES/ECB/PKCS5Padding";
    //密钥长度
    private static final int KEY_SIZE = 512;
    //公钥
    private static final String PUBLIC_KEY = "DHPublicKey";
    //私钥
    private static final String PRIVATE_KEY = "DHPrivateKey";
    //主方法
    //@param args
    //@throws Exception
    public static void main(String[] args) throws Exception {
     //注意：由于JDK8 update 161之后，DH的密钥长度至少为512位，但DES算法密钥不能达到这样的长度，所以运行会抛
   	 //出Unsupported secret key algorithm: DES异常。解决办法有两种如下：
       //1. 在代码中加如下代码：
       //  System.getProperties().setProperty("jdk.crypto.KeyAgreement.legacyKDF", "true");
       //2. 在启动的时候添加JVM变量：-Djdk.crypto.KeyAgreement.legacyKDF=true

   	System.getProperties().setProperty("jdk.crypto.KeyAgreement.legacyKDF", "true");
        byte[] publicKeyA;//甲方公钥
        byte[] privateKeyA;//甲方私钥
        byte[] localKeyA;//甲方本地密钥
        byte[] publicKeyB;//乙方公钥
        byte[] privateKeyB;//乙方私钥
        byte[] localKeyB;//乙方本地密钥
        //初始化密钥
        //生成甲方密钥对
        Map<String, Object> keyMapA = 密钥交换算法.initKey();
        publicKeyA = 密钥交换算法.getPublicKey(keyMapA);
        privateKeyA = 密钥交换算法.getPrivateKey(keyMapA);
        System.out.println("甲方公钥:\n" + new BigInteger(1,publicKeyA));
        //System.out.println("甲方公钥:\n" + Base64.encodeToString(publicKeyA.getEncoded()));
        System.out.println("甲方私钥:\n" + new BigInteger(1,privateKeyA));
        //由甲方公钥产生乙方本地密钥对
        Map<String, Object> keyMapB = 密钥交换算法.initKey(publicKeyA);
        publicKeyB = 密钥交换算法.getPublicKey(keyMapB);
        privateKeyB = 密钥交换算法.getPrivateKey(keyMapB);
        System.out.println("乙方公钥:\n" + new BigInteger(1,publicKeyB));
        System.out.println("乙方私钥:\n" + new BigInteger(1,privateKeyB));
        localKeyA = 密钥交换算法.getSecretKey(publicKeyB, privateKeyA);
        System.out.println("甲方本地密钥:\n" + new BigInteger(1,localKeyA));
        localKeyB = 密钥交换算法.getSecretKey(publicKeyA, privateKeyB);
        System.out.println("乙方本地密钥:\n" + new BigInteger(1,localKeyB));
 
        System.out.println();
        System.out.println("===甲方向乙方发送加密数据===");
        String msgA2B = "求知若饥，虚心若愚。";
        System.out.println("原文:\n" + msgA2B);
        System.out.println("---使用甲方本地密钥对数据进行加密---");
        //使用甲方本地密钥对数据加密
        byte[] encodeMsgA2B = 密钥交换算法.encrypt(msgA2B.getBytes(), localKeyA);
        System.out.println("加密:\n" + new BigInteger(1,encodeMsgA2B));
        System.out.println("---使用乙方本地密钥对数据库进行解密---");
        //使用乙方本地密钥对数据进行解密
        byte[] msgB2A = 密钥交换算法.decrypt(msgA2B.getBytes(), localKeyB);
        String output1 = new String(msgB2A.toString());
        System.out.println("解密:\n" + output1);
 
        System.out.println("/~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~..~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~/");
        System.out.println("===乙方向甲方发送加密数据===");
        String input2 = "好好学习，天天向上。";
        System.out.println("原文:\n" + input2);
        System.out.println("---使用乙方本地密钥对数据进行加密---");
        //使用乙方本地密钥对数据进行加密
        byte[] encode2 = 密钥交换算法.encrypt(input2.getBytes(), localKeyB);
        System.out.println("加密:\n" +new BigInteger(1,encode2));
        System.out.println("---使用甲方本地密钥对数据进行解密---");
        //使用甲方本地密钥对数据进行解密
        byte[] decode2 = 密钥交换算法.decrypt(encode2, localKeyA);
        String output2 = new String(decode2);
        System.out.println("解密:\n" + output2);
    }
     //初始化甲方密钥
     //@return Map 甲方密钥Map
     //@throws Exception
    public static Map<String, Object> initKey() throws Exception {
        //实例化密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥对生成器
        keyPairGenerator.initialize(KEY_SIZE);
        //生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //甲方公钥
        DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey) keyPair.getPublic();
        //甲方私钥
        DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        //将密钥对存储在Map中
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }
 
     //初始化乙方密钥
     //@param key 甲方公钥
     //@return Map 乙方密钥Map
     //@throws Exception
    public static Map<String, Object> initKey(byte[] key) throws Exception {
        //解析甲方公钥
        //转换公钥材料
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(key);
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //由甲方公钥构建乙方密钥
        DHParameterSpec dhParameterSpec = ((DHPublicKey) pubKey).getParams();
        //实例化密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化密钥对生成器
        keyPairGenerator.initialize(dhParameterSpec);
        //产生密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        //乙方公钥
        DHPublicKey publicKey = (DHPublicKey) keyPair.getPublic();
        System.out.printf("乙方公钥public key: %x\n", new BigInteger(1, publicKey.getEncoded()));
        //乙方私约
        DHPrivateKey privateKey = (DHPrivateKey) keyPair.getPrivate();
        System.out.printf("乙方私钥Private key: %x\n", new BigInteger(1, privateKey.getEncoded()));
        //将密钥对存储在Map中
        Map<String, Object> keyMap = new HashMap<String, Object>(2);
        keyMap.put(PUBLIC_KEY, publicKey);
        keyMap.put(PRIVATE_KEY, privateKey);
        return keyMap;
    }
 
     //生成加密秘钥
     //@return
    private static SecretKeySpec getSecretKey(final byte[] key) {
        //返回生成指定算法密钥生成器的 KeyGenerator 对象
        //KeyGenerator kg = null;
 
        try {
      	  KeyGenerator kg = KeyGenerator.getInstance(SELECT_ALGORITHM);
            //AES 要求密钥长度为 128
            kg.init(128);
            //kg.init(512, new SecureRandom(key));
 
            //生成一个密钥
            SecretKey secretKey = kg.generateKey();
            SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), SELECT_ALGORITHM);
            //System.out.println("ggggggggggg");
            return keySpec;
//            return new SecretKeySpec(secretKey.getEncoded(), SELECT_ALGORITHM);// 转换为AES专用密钥
        } catch (NoSuchAlgorithmException ex) {
//            Logger.getLogger(AESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
 
        return null;
    }
 
     //加密
     //@param data 待加密数据
     //@param key  密钥
     //@return byte[] 加密数据
     //@throws Exception
    public static byte[] encrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
 
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);// 创建密码器
 
            byte[] byteContent = data;
 
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, getSecretKey(key));// 初始化为加密模式的密码器
 
            byte[] result = cipher.doFinal(byteContent);// 加密
            System.out.println("===================="+new BigInteger(1,result));
            return result;//cipher.doFinal(byteContent);
            //return Base64.encodeBase64String(result);//通过Base64转码返回
 
        } catch (Exception ex) {
//            Logger.getLogger(AESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
 
        return null;
    }
 
     //解密
     //@param data 待解密数据
     //@param key  密钥
     //@return byte[] 解密数据
     //@throws Exception
    public static byte[] decrypt(byte[] data, byte[] key) throws Exception {
 
        try {
            //实例化
            Cipher cipher = Cipher.getInstance(DEFAULT_CIPHER_ALGORITHM);
 
            //使用密钥初始化，设置为解密模式
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, getSecretKey(key));
 
            //执行操作
            byte[] result = cipher.doFinal(data);
            System.out.println("ddddddddddddddddddd"+new BigInteger(1,result));
 
            return result;
 
        } catch (Exception ex) {
//            Logger.getLogger(AESUtil.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
 
        return null;
    }
 
     //构建密钥
     //@param publicKey  公钥
     //@param privateKey 私钥
     //@return byte[] 本地密钥
     //@throws Exception
    public static byte[] getSecretKey(byte[] publicKey, byte[] privateKey) throws Exception {
        //实例化密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(KEY_ALGORITHM);
        //初始化公钥
        //密钥材料转换
        X509EncodedKeySpec x509KeySpec = new X509EncodedKeySpec(publicKey);
        //产生公钥
        PublicKey pubKey = keyFactory.generatePublic(x509KeySpec);
        //初始化私钥
        //密钥材料转换
        PKCS8EncodedKeySpec pkcs8KeySpec = new PKCS8EncodedKeySpec(privateKey);
        //产生私钥
        PrivateKey priKey = keyFactory.generatePrivate(pkcs8KeySpec);
        //实例化
        KeyAgreement keyAgree = KeyAgreement.getInstance(keyFactory.getAlgorithm());
        //初始化
        keyAgree.init(priKey);
        keyAgree.doPhase(pubKey, true);
        //生成本地密钥
        SecretKey secretKey = keyAgree.generateSecret(SELECT_ALGORITHM);
        return secretKey.getEncoded();
    }
 
     //取得私钥
     //@param keyMap 密钥Map
     //@return byte[] 私钥
     //@throws Exception
    public static byte[] getPrivateKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception {
   	 //import java.security.Key;
        Key key =(Key) keyMap.get(PRIVATE_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
 
     //取得公钥
     //@param keyMap 密钥Map
     //@return byte[] 公钥
     //@throws Exception
    public static byte[] getPublicKey(Map<String, Object> keyMap) throws Exception {
        Key key = (Key) keyMap.get(PUBLIC_KEY);
        return key.getEncoded();
    }
}


/*
DH算法是一个密钥协商算法，双方最终协商出一个共同的密钥，而这个密钥不会通过网络传输。

如果我们把a看成甲的私钥，A看成甲的公钥，b看成乙的私钥，B看成乙的公钥，DH算法的本质就是双方各自生成自己的私钥和公钥，私钥仅对自己可见，然后交
换公钥，并根据自己的私钥和对方的公钥，生成最终的密钥secretKey，DH算法通过数学定律保证了双方各自计算出的secretKey是相同的。

*/
/*
public class 密钥交换算法 {
   public static final String src = "laoyeye dh";

   public static void main(String[] args) throws Exception {
   	 //注意：由于JDK8 update 161之后，DH的密钥长度至少为512位，但DES算法密钥不能达到这样的长度，所以运行会抛
   	 //出Unsupported secret key algorithm: DES异常。解决办法有两种如下：
       //1. 在代码中加如下代码：
       //  System.getProperties().setProperty("jdk.crypto.KeyAgreement.legacyKDF", "true");
       //2. 在启动的时候添加JVM变量：-Djdk.crypto.KeyAgreement.legacyKDF=true

   	System.getProperties().setProperty("jdk.crypto.KeyAgreement.legacyKDF", "true");
   	
       jdkDH();
   }

  
   public static void jdkDH() throws Exception {
       //1.发送方初始化自己的密钥对，并且把公钥发送给接收方
       KeyPairGenerator senderKeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
       senderKeyPairGenerator.initialize(1024);
       KeyPair senderKeyPair = senderKeyPairGenerator.generateKeyPair();
       PublicKey senderPublicKey = senderKeyPair.getPublic();//公钥是要发送给接收方的，此处同一类内省略该操作

       //接收方用发送方的公钥初始化自己的密钥对
       DHParameterSpec dhParameterSpec = ((DHPublicKey) senderPublicKey).getParams();//用发送方的公钥产生算法参数
       KeyPairGenerator receiverKeyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance("DH");
       receiverKeyPairGenerator.initialize(dhParameterSpec);//初始化接收方的KeyPairGenerator
       KeyPair receiverKeyPair = receiverKeyPairGenerator.generateKeyPair();//生产接收方的密钥对

       //通过本地的私钥和对方的公钥以及算法生成加解密密钥。
       //AES密钥构建
       KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");
       //接收方根据自己的私钥和发送方的公钥创建AES密钥
       keyAgreement.init(receiverKeyPair.getPrivate());//接收方的私钥
       keyAgreement.doPhase(senderKeyPair.getPublic(), true);//发送方的公钥
       SecretKey receiverDesKey = keyAgreement.generateSecret("AES");
       byte[] kkey=receiverDesKey.getEncoded();
       System.out.println("加密密钥:"+Hex.encodeHexString(kkey));
       //发送方根据自己的私钥和接收方的公钥创建AES密钥
       //KeyAgreement keyAgreement = KeyAgreement.getInstance("DH");//异地则需要运行该语句
       keyAgreement.init(senderKeyPair.getPrivate());
       keyAgreement.doPhase(receiverKeyPair.getPublic(), true);
       SecretKey senderDesKey = keyAgreement.generateSecret("AES");

       //判断两方得到的AES密钥是不是相等的
       if (Objects.equals(senderDesKey, receiverDesKey)) {
           System.out.println("双方密钥相同");
       }

       //加密
       Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES");
       cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, senderDesKey);
       byte[] result = cipher.doFinal(src.getBytes());
       System.out.println("JDK DH ENCRYPT:" + Hex.encodeHexString(result));

       //解密
       cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, receiverDesKey);
       result = cipher.doFinal(result);
       System.out.println("JDK DH DECRYPT:" + new String(result));

   }

}
*/